Каталитический крекинг (7 мин.)

На установках каталитического крекинга расщепление и изменение структуры молекул тяжелых углеводородов осуществляется под действием катализаторов. Наибольшее распространение для этих целей получили алюмосиликатные катализаторы, имеющие развитую внутреннюю поверхность и сохраняющие активность при высоких температурах. В состав этих катализаторов входит 70 - 80 % SiO₂, 10-20 % Al₂O₃ и окислы других металлов. Пары нефтепродуктов поступают в реактор колонного типа и адсорбируются на поверхности катализатора. За счет этого увеличивается время пребывания тяжелых углеводородов в зоне высоких температур (450 - 500 ⁰С) и происходит их более глубокое расщепление.

Поскольку крекинг сопровождается увеличением объема реагирующих веществ, для обеспечения высокой степени превращения сырья в продукты реакции процесс осуществляют при давлении, близком к атмосферному (0,15-0,2 МПа). При этом низкое давление в значительной степени способствует смещению равновесия в сторону образования продуктов реакции. Понижение давления достигается путем введения в объем реактора водяного пара, обеспечивающего снижение парциального давления исходных продуктов. Водяной пар, применяемый в качестве разбавителя, является также и теплоносителем.

В процессе каталитического крекинга наряду с протеканием реакций распада, полимеризации и изомеризации, происходит передача водорода от молекул, адсорбированных катализатором, молекулам непредельных углеводородов. Адсорбированные на поверхности катализатора молекулы, отдавая водород, приобретают все более непредельный характер. Некоторые молекулы совсем теряют водород и превращаются в коксообразное отложение, обволакивающее всю поверхность катализатора. Наряду с этим поверхность катализатора загрязняется смолообразными веществами. Все это приводит к дезактивации катализатора и резкому снижению скорости крекинга. Для восстановления активности катализатора на практике производят медленное выжигание кокса в потоке горячего воздуха при температуре 550 - 700 ⁰С. Регенерация катализатора осуществляется в специальных аппаратах ─ регенераторах которые, как правило, монтируются рядом с реактором.

В отличие от термического крекинга, при каталитическом крекинге протекает меньше побочных реакций, нефтепродукты почти не содержат непредельных углеводородов, и содержание в них ароматических углеводородов значительно выше. В связи с этим выход бензина на установках каталитического крекинга достигает 30 - 35 %.

Современные промышленные установки каталитического крекинга бывают двух основных типов: с движущимся слоем шарикового (крупногранулированного) катализатора и с "кипящим" (псевдоожиженным) слоем пылевидного катализатора. Блоки подогрева сырья в теплообменниках и трубчатых печах до реактора и блоки ректификации продуктов крекинга после реактора почти одинаковы для всех установок каталитического крекинга и сходны с аналогичными блоками на установках первичной переработки нефти. Основу установок каталитического крекинга составляют реакторные блоки, в которых происходит циркуляция катализатора между реактором и регенератором при помощи системы пневмотранспорта. В установках каталитического крекинга с "кипящим" слоем катализатора применяется мелкозернистый катализатор с диаметром частиц менее 0,5 мм.

Пожарная опасность установок каталитического крекинга характеризуется следующими факторами:

─ наличием в аппаратах и трубопроводах большого количества нефтепродуктов, нагретых до температур, значительно превышающих температуры их самовоспламенения;

─ возможностью образования горючей среды и взрыва смеси паров нефтепродуктов с воздухом внутри реакторов и регенераторов;

─ возможностью повреждения стенок аппаратов и трубопроводов вследствие образования повышенного давления, температурных воздействий, а также значительного коррозионного и эрозионного износа;

─ возможностью самовоспламенения веществ при выходе из аппаратов;

─ наличием разветвленной системы технологических коммуникаций, по которым возможно быстрое распространение пожара в пределах самой установки, а также на аппараты соседних установок.

Причинами нарушения динамического равновесия в системе "реактор─ регенератор" могут стать:

─ увеличенная подача исходного сырья;

─ нарушение нормального отвода продуктов крекинга из реактора. Это может произойти из-за засорения технологической линии, нарушения процесса ректификации, остановки компрессора, отводящего крекинг-газ из газосепаратора после ректификационной колонны, и т.п.;

─ уменьшение или полное прекращение подачи водяного пара в отпарную зону реактора;

─ уменьшение количества обращающегося в системе катализатора и понижение вследствие этого его уровня в аппаратах. Это может произойти в результате большого выноса катализатора вместе с дымовыми газами, а также при нарушении нормальной работы электрофильтров и циклонных сепараторов;

─ образование пробок в линиях, по которым транспортируется катализатор. В зависимости от того, в какой линии образовалась пробка, возможно попадание воздуха в реактор или горючих паров и газов в регенератор.

На установках с шариковым катализатором возможен прорыв продуктов крекинга из зоны реакции в бункер и циклонный сепаратор. При этом появляется опасность выхода крекинг-газа наружу через сепаратор с последующим его самовоспламенением на воздухе.

Горючая среда в регенераторах может образоваться из-за неполного сгорания кокса на поверхности катализатора и выделении вследствие этого значительного количества окиси углерода СО. Причинами неполного сгорания кокса могут стать недостаточная подача горячего воздуха в регенератор или сильное загрязнение поверхности катализатора горючими отложениями. Избыток кокса на катализаторе, поступающем в регенератор, может быть вызван недостаточной подачей или полным прекращением подачи пара на отпаривание катализатора от углеводородов; увеличением температуры в реакционной зоне реактора; уменьшением скорости движения катализатора; низкой температурой в зоне регенерации катализатора.

Повышенное давление внутри регенератора может возникнуть из-за попадания в его объем охлажденной воды через поврежденные змеевики встроенных холодильников. При этом резкое увеличение давления будет обусловлено мгновенным вскипанием воды при попадании в зону высоких температур (550 - 700 ⁰С). Повышение давления в регенераторе может привести к его повреждению, а также может стать причиной перехода воздуха в реактор.

Повреждения в системе "реактор ─ регенератор" могут произойти в результате температурных воздействий на аппараты установок. Высокие рабочие температуры в аппаратах (в реакторе 450 ─ 500 ⁰С, в регенераторе 550 - 700 ⁰С), а также возможность резкого подъема температуры при нарушении технологического регламента способствуют образованию высоких внутренних напряжений в конструктивных элементах, деформации аппаратов и транспортных линий. Наибольшее влияние температурные деформации оказывают на состояние внутренней облицовки аппаратов, а также на находящееся внутри их оборудование (решетки, циклоны, распределительные устройства и т.д.).

Нарушение нормальной работы системы "реактор ─ регенератор" может быть вызвано коррозионным и эрозионным износом материала стенок аппаратов и транспортных линий.

Предупреждение пожаров и взрывов на установках каталитического крекинга должно обеспечиваться следующими проектными решениями:

─ устройством систем автоматического контроля и регулирования количества сырья и водяного пара, подаваемых в реакционную зону реактора;

─ установкой приборов контроля за величиной давления в реакторе и регенераторе, а также систем световой и звуковой сигнализации, оповещающих обслуживающий персонал об отклонениях;

─ установкой приборов контроля за температурой в аппаратах, а также систем автоматического регулирования температурного режима;

─ устройством систем автоматического регулирования уровня катализатора в реакторе и регенераторе, обеспечивающих подпитку системы свежим катализатором в случае понижения его уровня в аппаратах;

─ устройством систем автоматической защиты, обеспечивающих введение азота или водяного пара в бункерную часть реактора при прорыве

паров нефтепродуктов;

─ устройством систем автоматического регулирования количества воздуха, подаваемого в регенератор для выжигания кокса;

─ установкой приборов контроля за содержанием окиси углерода в дымовых газах. При обнаружении опасных концентраций СО в регенератор должен автоматически подаваться азот.